JP5072516B2 - Ｍｒｉ画像のアーチファクトを低減させた傾斜コイル装置並びに傾斜コイルの製作方法 - Google Patents

Description

本発明は、全般的には磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）システムに関し、また詳細には、ＭＲＩ画像のアーチファクトを低減させた傾斜コイル並びにこうした傾斜コイルの製作方法に関する。

磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）は、Ｘ線やその他の電離放射線を用いずに人体の内部の像を作成することが可能な医用撮像様式の１つである。ＭＲＩは強力なマグネットを用いて強力で均一な静磁場（すなわち、「主磁場」）を発生させている。人体（あるいは、人体の一部）が主磁場内に置かれると、組織の水の水素原子核に関連する核スピンが偏向を受ける。このことは、これらのスピンに関連する磁気モーメントが主磁場の方向に特異的に整列することになり、これによって当該軸（慣例では、「ｚ軸」）の方向に小さな正味の組織磁化が得られることを意味する。ＭＲＩシステムはさらに、電流を加えたときにより振幅が小さく空間変動する磁場を発生させる傾斜コイルと呼ばれる構成要素をさらに備える。典型的には傾斜コイルは、ｚ軸に沿って整列すると共に、ｘ軸、ｙ軸またはｚ軸のうちの１つの方向で位置に応じて振幅が直線的に変動するような磁場成分を発生させるように設計されている。傾斜コイルの効果は単一の軸に沿って、その磁場強度に対してまた同時に核スピンの共鳴周波数に対してわずかな傾斜を生成させることにある。その軸が直交した３つの傾斜コイルを使用すれば、身体内の各箇所においてシグナチュア（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）共鳴周波数を生成することによってＭＲ信号が「空間エンコード」される。水素原子核の共鳴周波数、あるいはその近傍の周波数にあるＲＦエネルギーのパルスを発生させるためには無線周波数（ＲＦ）コイルが使用される。ＲＦコイルを使用すると核スピン系に対して制御された方式でエネルギーが追加される。次いで核スピンがその静止エネルギー状態まで緩和して戻ると、ＲＦ信号の形でエネルギーが放たれる。この信号はＭＲＩシステムによって検出されて、コンピュータ及び周知の再構成アルゴリズムを用いて画像になるように変換される。

ＭＲＩシステム内に使用されている各傾斜コイルやＭＲＩシステム内のその他の素子は、導電性銅シートまたはボード及び絶縁層（例えば、エポキシ樹脂）を含む複数の層からなることがある。図１は傾斜コイル向けの例示的な従来技術の積層物スタックである。傾斜コイルスタック１００は、銅シートまたはボード１０２と、銅１０２のための裏当てとして使用される積層物１０６（例えば、ガラス繊維サブストレート）と、エポキシ樹脂１０４などの絶縁コーティングと、を含む。銅シート１０２には、パターンまたはトレース（例えば、「指紋」パターン）をエッチングすることがある。傾斜コイル１００の製造または製作の間には、積層化（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）や真空圧含浸（ｖａｃｕｕｍ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ：ＶＰＩ）などの様々な処理が用いられることがある。例えばある製作処理では、銅シート１０２を直接に積層物１０６に積層させている。次いでボード全体をＶＰＩ処理を用いてエポキシ樹脂１０４に含浸させることがある。例えば、樹脂１０４を傾斜コイルの形状を形成させるためのモールド内に（モールドは真空下においた状態で）射出させることがある。

傾斜コイルの製作中に、樹脂１０４内あるいは積層物１０６内において銅１０２と樹脂１０４の間の界面１２０、銅１０２と積層物１０６の間の界面１２２に空隙が形成されることがある。例えば図１では、銅１０２と樹脂１０４の間の界面位置の樹脂１０４内に空隙１０８を表している。傾斜コイル内に起こり得る空隙形成源は幾つかある。空隙形成源の１つは、銅１０２とエポキシ樹脂１０４の間、あるいは銅１０２と積層物１０６の間における結合不良／結合強度低下である。例えば典型的には、エポキシ樹脂は無機金属に対して良好に結合しない。別の空隙形成源は、エポキシ樹脂１０４の真空圧含浸に使用されるモールド内のリークである。モールド内にリークがあると、ＶＰＩエポキシ樹脂内部にバブルが形成されることがある。さらに、銅１０２と積層物１０６のプレスの間における被覆不完全（例えば、脱積層化）が起こり得る別の空隙源である。

傾斜コイル内に形成される空隙（例えば、図１に示す空隙１０８）があると部分放電を生じやすくなる。空隙内に電場が誘導されると共に、部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）において空隙を横断する電位差は空隙をブリッジさせるような小さなスパーク（すなわち、部分放電）を生じさせる。このスパークすなわち部分放電は、無線周波数（ＲＦ）ノイズバーストを放出させる。ＭＲＩシステムは、ＭＲＩシステムが作成するＭＲＩ画像内にアーチファクトを生じさせるようなこのＲＦノイズバーストを検出することが可能である。例えば、傾斜コイル内に部分放電があると、ｋ空間内に「白画素（ｗｈｉｔｅ ｐｉｘｅｌ）」と呼ぶ影響が出ることがある。この「白画素」は再構成したＭＲ画像内にアーチファクトを生じさせ、これによって望ましくない画像となり解釈が困難となる。
米国特許第６３１１３８９号明細書

したがって、空隙の数を減少させると共に、傾斜コイル内に形成された空隙内の部分放電を低減または排除するような傾斜コイル並びにこうした傾斜コイルの製作方法に対する要求が存在する。さらに、銅の絶縁層に対する結合並びに銅のガラス繊維サブストレートに対する結合を向上させているような傾斜コイル並びにこうした傾斜コイルの製作方法を提供できることが望ましい。さらに、空隙を横断する電位差を等しくすることによってＭＲＩシステム内での空隙を横断する磁場形成を排除する方法を提供できると有利である。

一実施形態では、磁気共鳴撮像システム向けの傾斜コイルは、第１の表面及び第２の表面を有する銅シートからなる少なくとも１つの層と、この銅シートの第１の表面に付着させた第１の半導体層と、この第１の半導体層に付着させた絶縁層と、を含む。

別の実施形態は、磁気共鳴撮像システム向けの傾斜コイルを製作する方法であって該方法は、銅シートの第１の表面に第１の半導体層を付着させる工程と、銅シートの第２の表面に第２の半導体層を付着させる工程と、第２の半導体層にガラス繊維サブストレート層を付着させる工程と、第１の半導体層に絶縁層を付着させる工程と、を含む。

別の実施形態では、磁気共鳴撮像システムは、少なくとも１つの銅表面と、該少なくとも１つの銅表面に付着させた少なくとも１つの半導体層と、該少なくとも１つの半導体層に付着させた絶縁層と、を含む。

本発明は、添付の図面に関連して取り上げた以下の詳細な説明によりさらに完全に理解できよう。

図２は一実施形態による傾斜コイルの製作方法を表している。ブロック２０２では、製作過程が開始される。ブロック２０４では、銅シートまたはボードが機械加工される。機械加工の間に、銅シートはパターンまたはトレース（例えば、「指紋」トレース）を含むようにエッチングを受けることがある。ブロック２０６では、銅の表面を凸凹にし接着を促進するために銅をヤスリ掛けすることがある。ブロック２０８では、例えばグリスや塵埃を除去するために銅を清浄させることがある。ブロック２１０では、銅シートまたはボードの第１の表面に半導体材料の第１の層を付着させる。例えば、銅シートの上面に半導体を付着させることがある。代替的実施形態ではその銅は、中実丸形銅導体、中空導体またはワイヤ（複数のこともある）の形態とすることがある。こうした実施形態では、その半導体材料はコーティングとしてあるいは銅導体の周りを取り囲むテープとして付着させることがある。ブロック２１２では、銅シートまたはボードの第２の表面に半導体材料の層を付着させる。例えばその半導体を銅シートの底面に付着させることがある。この半導体は例えば、導電性エポキシブラックやその他の半導体材料とすることがある。別法として、半導体の代わりに導電性エポキシ、金属充填樹脂（例えば、金属充填ポリマー樹脂）あるいはその他の不良導体材料を用いることがある。一実施形態では、銅シートの第１及び第２の表面に半導体を積層させることがある。半導体層を付着するには、当技術分野で一般に知られている積層化方法を使用することができる。別法として、例えば巻き付けテープ（溶液コーティングによる）として、あるいは粘着テープとして半導体が付着されることがある。

ブロック２１４では、半導体層に対して（例えば、銅シートの底面に付着させた半導体層に対して）積層物裏当てを積層させる。この積層物と半導体層は、第１の積層物表面（例えば、積層物の上面）において結合させる。この積層物は例えば、ＦＲ４ガラス繊維サブストレート、プラスチック、Ｔｅｆｌｏｎ、その他とすることがある。別の実施形態では、第２の積層物表面（例えば、積層物の底面）に対して第３の半導体層を付着させる（例えば、積層させる）ことがある。積層物を付着するには、当技術分野で一般に知られている積層化方法を使用することができる。

図３は、一実施形態による傾斜コイル積層物スタックのブロック概要図である。図３では、第１の半導体層３１４は銅シート３０２の第１の表面３１６に付着させており、また第２の半導体層３１２は銅シート３０２の第２の表面３１８に付着させている。積層物３０６（例えば、ガラス繊維サブストレート）は、例えば第２の半導体層３１２の第１の積層物表面３２６に積層させている。第１及び第２の半導体層３１２、３１４はエポキシドーピングまたは有機性コーティングとし、傾斜コイル積層物ボード３００を封入するために使用されるエポキシ樹脂に対して良好に結合するようにすることが好ましい（これについては以下でさらに記載することにする）。結合が改善されることによって空隙の形成が防止される。さらに、銅表面と半導体の間に形成される空隙はすべて半導体層の内部に包含されることになる。別の実施形態では、第２の積層物表面３２８に対して第３の半導体層（図示せず）を付着させる（例えば、積層させる）ことがある。第３の半導体層（図示せず）は銅３０２と電気的に結合させている、例えば第３の半導体層をその端部位置で巻き付けて銅に対して結合させることがある。半導体と積層物の間または積層物内に形成された空隙は半導体により封入される。

上で検討したように代替的実施形態では、その銅導体３０２を中実丸形銅導体、中空導体、またはワイヤ（複数のこともある）とすることがある。半導体層はコーティングとして、あるいは銅導体の周りに巻き付けた半導体テープとして付着させることがある。さらに、半導体材料の代わりに導電性エポキシまたは金属充填樹脂を用いることがある。

図２に戻り工程２１６では、傾斜コイル積層物スタックに対して絶縁層（例えば、エポキシ樹脂）を付着させる。一実施形態ではそのエポキシ樹脂は真空圧含浸（ＶＰＩ）を用いて付着させることがある。エポキシ樹脂を付着させるには当技術分野で一般に知られているＶＰＩ方法を使用することがある。代替的実施形態ではそのエポキシ樹脂は、樹脂注入成形、樹脂トランスファ成形、真空支援式樹脂トランスファ成形または積層化を用いて付着させることがある。エポキシ樹脂を含んだ積層物スタックを図４に表している。

図４は、一実施形態による空隙を含んだ傾斜コイル積層物スタックのブロック概要図である。言及したように、半導体層４１４は、エポキシ樹脂４０４やその他の絶縁層の（例えば、ＶＰＩによる）付着前に銅４０２の第１の表面４１６に付着させている。半導体層４１４は銅４０２と樹脂４０４の間に配置させている。図２に関連して上で検討したように、銅４０２の第２の表面４１８に第２の半導体層（図示せず）を付着させることがある。製作中（例えば、積層過程中）に銅４０２と半導体４１４の間に形成された空隙（例えば、空隙４０８）はすべて半導体層４１４の内部に包含されている。半導体４１４は空隙４０８を封入していると共に、等電位表面の役割をする。半導体の導電率が小さいために半導体４１４により、空隙が同じ電位に保持されることになる（すなわち、この半導体は銅４０２と半導体４１４の間の任意の空隙（例えば、空隙４０８）の周りの電位を等しくする）。したがって、空隙４０８を横断して電場が形成されず、これにより空隙４０８内での部分放電の発生が防止される。銅シートの表面（複数のこともある）に半導体層（複数のこともある）を付着させることによって、銅と半導体の間に形成される空隙が等電位の体積内に封入され、これにより空隙を横断する電位差が排除または低減されると共に、部分放電形成が防止される。さらに、例えばガラス繊維サブストレートなどの積層物（図示せず）の表面（複数のこともある）に半導体層（複数のこともある）を付着させることによって、積層物と半導体の間に形成される空隙がすべて等電位の体積内に封入され、これにより空隙を横断する電位差が排除または低減されると共に、部分放電形成が防止される。

別の実施形態では、部分放電形成を低減または防止するようにエポキシ樹脂などの材料で絶縁させたＭＲＩシステムの別の銅表面に半導体層（複数のこともある）を付着させることがある。一方部分放電が低減または排除されると、ＭＲＩ画像内のアーチファクト生成が防止されることになる。

この記載では、本発明（最適の形態を含む）を開示するため、並びに当業者による本発明の製作及び使用を可能にするために例を使用している。本発明の特許性のある範囲は添付の特許請求の範囲によって規定していると共に、当業者により行われる別の例を含むことができる。こうした別の例は、特許請求の範囲の文字表記と異ならない構造要素を有する場合や、特許請求の範囲の文字表記とほとんど差がない等価的な構造要素を有する場合があるが、特許請求の範囲の域内にあるように意図したものである。任意の処理法や方法の各工程の順序及びシーケンスは、代替的な実施形態に応じて変更されるまたはシーケンス構成し直されることがある。

本発明に対してその精神を逸脱することなく別の多くの変更形態や修正形態が実施されることがある。こうした趣旨及び別の変更形態は添付の特許請求の範囲から明らかとなろう。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

傾斜コイル向けの例示的な従来技術積層物スタックの図である。 一実施形態による傾斜コイルの製作方法を表した図である。 一実施形態による傾斜コイル積層物スタックのブロック概要図である。 一実施形態による空隙を含んだ傾斜コイル積層物スタックのブロック概要図である。

符号の説明

１００ 傾斜コイルスタック
１０２ 銅シート／ボード
１０４ エポキシ樹脂
１０６ 積層物
１０８ 空隙
１２０ 銅と樹脂の間の界面
１２２ 銅と積層物の間の界面
２０２ 製作過程の開始
２０４ 銅を機械加工する
２０６ 銅をヤスリ掛けする
２０８ 銅を清浄する
２１０ 銅の第１の表面に半導体を付着させる
２１２ 銅の第２の表面に半導体を付着させる
２１４ 半導体層に積層物を付着させる
２１６ エポキシ樹脂を付着する
３００ 傾斜コイル積層物ボード
３０２ 銅シート
３０６ 積層物
３１２ 第２の半導体層
３１４ 第１の半導体層
３１６ 第１の表面
３１８ 第２の表面
３２６ 第１の積層物表面
３２８ 第２の積層物表面
４００ 傾斜コイル積層物スタック
４０２ 銅
４０４ エポキシ樹脂
４０８ 空隙
４１４ 半導体層
４１６ 第１の表面
４１８ 第２の表面

Claims (10)

1. 磁気共鳴撮像システムの傾斜コイル（３００、４００）であって、
   第１の表面（３１６、４１６）及び第２の表面（３１８、４１８）を有する銅からなる少なくとも１つの層（３０２、４０２）と、
   前記銅層（３０２、４０２）の第１の表面（３１６、４１６）に付着させた第１の半導体層（３１４、４１４）と、
   前記第１の半導体層（３１４、４１４）に付着させた絶縁層（４０４）と、
   を備える傾斜コイル（３００、４００）。
2. 前記銅（３０２、４０２）は、シート、中実丸形導体、中空導体またはワイヤのうちの１つとして形成されている、請求項１に記載の傾斜コイル（３００、４００）。
3. さらに、前記銅（３０２）の第２の表面（３１８）に付着させた第２の半導体層（３１２）を備える請求項１に記載の傾斜コイル（３００、４００）。
4. さらに、前記第２の半導体層（３１２）に付着させた積層物層（３０６）を備える請求項３に記載の傾斜コイル（３００、４００）。
5. 前記絶縁層（４０４）はエポキシ樹脂である、請求項１に記載の傾斜コイル（３００、４００）。
6. 磁気共鳴撮像システムの傾斜コイル（３００、４００）を製作する方法であって、
   銅層（３０２、４０２）の第１の表面（３１６、４１６）に第１の半導体層（３１４、４１４）を付着させる工程（２１０）と、
   前記銅層（３０２、４０２）の第２の表面（３１８、４１８）に第２の半導体層（３１２）を付着させる工程（２１２）と、
   前記第２の半導体層（３１２）に積層物層（３０６）を付着させる工程（２１４）と、
   前記第１の半導体層（３１４、４１４）に絶縁層（４０４）を付着させる工程（２１６）と、
   を含む方法。
7. 銅層（３０２、４０２）の第１の表面（３１６、４１６）に第１の半導体層（３１４、４１４）を付着させる前記工程は、銅層（３０２、４０２）の第１の表面（３１６、４１６）に第１の半導体層（３１４、４１４）を積層させる工程を含む、請求項６に記載の方法。
8. 銅層（３０２、４０２）の第２の表面（３１８、４１８）に第２の半導体層（３１２）を付着させる前記工程は、銅層（３０２、４０２）の第２の表面（３１８、４１８）に第２の半導体層（３１２）を積層させる工程を含む、請求項６に記載の方法。
9. 第２の半導体層（３１２）に積層物層（３０６）を付着させる前記工程は、第２の半導体層（３１２）に積層物層（３０６）を積層させる工程を含む、請求項６に記載の方法。
10. 第１の半導体層（３１４、４１４）に絶縁層（４０４）を付着させる前記工程は、絶縁層（４０４）を真空圧含浸する工程を含む、請求項６に記載の方法。
    

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